EP1434023A2

EP1434023A2 - Kältetrockner

Info

Publication number: EP1434023A2
Application number: EP03028831A
Authority: EP
Inventors: Michael Feisthauer
Original assignee: Kaeser Kompressoren GmbH
Current assignee: Kaeser Kompressoren GmbH
Priority date: 2002-12-24
Filing date: 2003-12-15
Publication date: 2004-06-30
Anticipated expiration: 2023-12-15
Also published as: US20040206095A1; DE10261922A1; DE50312018D1; EP1434023B1; ATE445819T1; EP1434023A3; US7040100B2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kältetrockner, insbesondere Druckluftkältetrockner zur Trocknung eines gasförmigen Arbeitsfluids unter Abkühlung des gasförmigen Arbeitsfluids durch Einsatz eines Kältefluids. Dieser umfasst eine Vor-Wärmetauschersektion (11) und eine Haupt-Wärmetauschersektion (12), wobei die Vor-Wärmetauschersektion (11) und/oder die Haupt-Wärmetauschersektion (12) wenigstens ein vorzugsweise langgestrecktes Wärmetauscherelement (13, 14) umfasst. Hierbei erfolgt in der Vor-Wärmetauschersektion (11) eine Abkühlung des an den Kältetrockner geführten Arbeitsfluids durch das getrocknete und gekühlte Arbeitsfluid. In der Haupt-Wärmetauschsektion (12) erfolgt eine weitere Abkühlung des vorgekühlten, in den Kältetrockner geführten Arbeitsfluids durch das Kältefluid, so dass Feuchtigkeit aus dem Arbeitsfluid auskondensiert. Es sind dabei alle Strömungskanäle (21, 22) der Vor-Wärmetauschersektion (11) und/oder der Haupt-Wärmetauschersektion (12) im Wesentlichen durch Hohlkammerprofile ausgebildet. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Kältetrockner, insbesondere Druckluftkältetrockner zur Trocknung eines gasförmigen Arbeitsfluids unter Abkühlung des gasförmigen Arbeitsfluids durch Einsatz eines Kältefluids nach den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1 sowie ein Wärmetauscherelement nach dem Oberbegriff des Patentspruchs 26 oder 27.

Bei Kältetrocknern, insbesondere Druckluftkältetrocknern zur Trocknung eines gasförmigen Arbeitsfluids unter Abkühlung des gasförmigen Arbeitsfluids durch Einsatz eines Kältefluids passiert das Arbeitsfluid zunächst eine Vor-Wärmetauschersektion und anschließend eine Haupt-Wärmetauschersektion. In der Vor-Wärmetauschersektion erfolgt eine Abkühlung des an den Kältetrockner geführten Arbeitsfluids durch das getrocknete und gekühlte Arbeitsfluid in Gegenstromprinzip. In der Haupt-Wärmetauschersektion wird das Arbeitsfluid durch ein Kältefluid weiter abgekühlt, so dass Feuchtigkeit aus dem Arbeitsfluid auskondensiert und abgeführt werden kann.

Ein Kältetrockner nach dem Stand der Technik ist beispielsweise in der DE 100 30 627 A1 beschrieben.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kältetrockner anzugeben, der einen verbesserten Aufbau aufweist, insbesondere bei kompakter Bauweise einen effektiven Wärmeaustausch gewährleistet. Gleichzeitig sollen Wärmetauscherelemente angegeben werden, die einen solchermaßen effektiven Wärmeaustausch erzielen.

Diese Aufgabe wird mit einem Kältetrockner nach den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie mit einem Wärmetauscherelement nach den Merkmalen der Patentansprüche 26 oder 27 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein Kerngedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass alle Strömungskanäle der Vor-Wärmetauschersektion und/oder der Haupt-Wärmetauschersektion im wesentlichen durch Hohlkammerprofile mit einer Mehrzahl von Wärmeführungskanälen und/oder von Kälteführungskanälen ausgebildet sind, wobei das wenigstens eine Wärmetauscherelement der Vor-Wärmetauschersektion und/oder der Haupt-Wärmetauschersektion endseitig in jeweils einem Anschlussprofil fluiddicht gehaltert und angeschlossen ist, wobei das Wärmetauscherelement als vorzugsweise langgestrecktes Rohrprofil ausgebildet ist und die Wärmeführungskanäle und Kälteführungskanäle sich entlang des Rohrprofils erstrecken und wobei die Wärmeführungskanäle und die Kälteführungskanäle durch integral mit dem Rohrprofil ausgebildete Trennwände voneinander getrennt sind. Zweckmäßigerweise sind sowohl alle Strömungskanäle der Vor-Wärmetauschersektion und der Haupt-Wärmetauschersektion durch Hohlkammerprofile ausgebildet. Diese Profile können in einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung darüber hinaus einen identischen Profilquerschnitt aufweisen, so dass durch die Verwendung identischer Profilquerschnitte eine erhebliche Kostenreduktion erzielt wird.

Weiterhin gestattet der vorgeschlagene Aufbau eine besonders kompakte Bauart, vor allem dann, wenn zwei oder mehr Wärmetauscherelemente endseitig in einem gemeinsamen Anschlussprofil fluiddicht gehaltert oder angeschlossen sind. Dieser Vorteil ist bereits dann gegeben, wenn zwei oder mehr Wärmetauscherelemente der Vor-Wärmetauschersektion oder der Haupt-Wärmetauschersektion jeweils endseitig in einem gemeinsamen Anschlussprofil fluiddicht gehaltert und angeschlossen sind. In einer zweckmäßigen Ausgestaltung sind die Wärmeführungskanäle und die Kälteführungskanäle einander benachbart, jedoch alternierend angeordnet.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung sind die Wärmeführungskanäle und/oder die Kälteführungskanäle quer zur Längserstreckung des Rohrprofils endseitig durch Öffnungen geöffnet, derart, dass zu bzw. Abströmung zu den Wärmeführungskanälen und/oder Kälteführungskanälen quer zur Längserstreckung des Rohrprofils erfolgt. In dieser Ausgestaltung ist eine einfache und zweckmäßige Anschlussmöglichkeit der Wärmeführungskanäle und/oder der Kälteführungskanäle realisierbar.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung sind alle Wärmetauscherelemente der Vor-Wärmetauschersektion und der Haupt-Wärmetauschersektion endseitig in einem oder zwei gemeinsamen Anschlussprofilen fluiddicht gehaltert und angeschlossen.

Zweckmäßigerweise ist auch das Anschlussprofil im wesentlichen als Hohlkammerprofil ausgebildet.

In einer konkreten, zweckmäßigen Ausgestaltung wird die Anordnung aus Vor-Wärmetauschersektion, aus Haupt-Wärmetauschersektion sowie aus endseitig jeweils vorgesehenen Anschlussprofilen aus insgesamt mindestens vier Hohlkammerprofilen gebildet.

Es ist damit ein modularer Aufbau der Gesamtordnung vorgesehen. Dieser modularer Aufbau bzw. die Ausbildung von Vor- bzw. Haupt-Wärmetauschersektion bietet die Möglichkeit zur einfachen Kapazitätsanpassung durch Länge und/oder Anzahl der Tauscherrohre. Die Verbindung der Einzelbauteile kann ohne aufwändige Verbindungsverfahren vorgenommen werden.

In einer weiter bevorzugten Ausgestaltung liegen die mindestens vier Hohlprofile in Form lediglich zweier unterschiedlicher Typen vor, die sich in den Profilquerschnitten unterscheiden. Hierdurch kann der modulare Aufbau noch vereinfacht werden, da lediglich zwei verschiedene Typen von Profilquerschnitten vorgesehen werden müssen.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist das Anschlussprofil einstückig ausgebildet, was die Herstellungskosten weiter vermindert und gleichzeitig Anschluss- und Dichtigkeitsprobleme minimiert.

In einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst das Anschlussprofil mindestens eine, vorzugsweise mindestens zwei Fluidführungskammern, die durch das Hohlkammerprofil des Anschlussprofils definiert sind. In dieser Ausgestaltung kann das Anschlussprofil selbst zur Führung des Fluids und zwar des Arbeitsfluids und/oder des Kältefluids eingesetzt werden, was jedoch keineswegs zwingend ist. Vielmehr sind auch separate Fluidführungen, insbesondere im Fall des Kältemittels, für die Haupt-Wärmetauschersektion denkbar.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist das Anschlussprofil als Strangpressprofil, insbesondere als Aluminiumstrangpressprofil ausgebildet. Diese Art der Ausbildung erlaubt eine kostengünstige und reproduzierbare Herstellung.

Nach einem zweckmäßigen, keineswegs jedoch zwingenden Aspekt der vorliegenden Erfindung sind an beiden Enden der Wärmetauscherelemente endseitig entsprechende Anschlussprofile vorgesehen. Diese Anschlussprofile können nach einem weiteren, vorteilhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung über starre Verspannungselemente miteinander verspannt sein.

In einer konkreten, einfachen aber vorteilhaften Ausgestaltung sind die Verspannungselemente als Stangen ausgebildet.

Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung können die Stangen zumindest teilweise durch die Wärmetauscherelemente geführt sein. Hierdurch ergibt sich eine besonders zweckmäßige Verspannung, da relativ gleichmäßig auf die Wärmetauscherelemente eingewirkt wird.

Selbstverständlich können an Stelle der starren Verspannungselemente auch andere Verbindungstechniken zum Einsatz gelangen, zweckmäßigerweise lösbare Verbindungstechniken.

Nach einem konkreten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das wenigstens eine vorzugsweise langgestreckte Wärmetauscherelement endseitig derart im Anschlussprofil gelagert, dass die Vorzugsrichtungen des Wärmetauscherelements und des Anschlussprofils im wesentlichen orthogonal zueinander verlaufen.

Nach einem weiteren bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die Anschlussprofile aus dem gleichen Grundmaterial wie die Wärmetauscherelemente gebildet. Auch dies verringert Herstellungskosten und beseitigt Materialanpassungsprobleme. Im Fall von Metall als verwendeten Material entsteht auch kein Spannungspotential, was bei Verwendung unterschiedlicher Materialien Probleme hervorrufen könnte. Besonders bevorzugt wird eine Ausbildung in Aluminium.

So erscheint es zunächst als vorteilhafte Ausgestaltung, das Rohrprofil als einstückiges Profil, vorzugsweise als Aluminiumstrangpressprofil auszubilden. Aluminium ist sowohl für den Betrieb mit gasförmigen als vor allem auch mit flüssigen Fluiden ein bevorzugtes Material, das sich darüber hinaus leicht bearbeiten lässt. In einer konkreten, wiederum äußerst bevorzugten Ausgestaltung ist das Wärmetauscherelement als einstückiges Profil ausgebildet. Durch die einstückige Ausbildung werden die Herstellungs- sowie Montagekosten erheblich verringert. Darüber hinaus sind Dichtigkeitsprobleme zwischen den einzelnen Kanälen bzw. nach außen praktisch nicht zu befürchten.

Nach einem weiteren bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung können die Öffnungen der Wärmeführungskanäle und/oder die Öffnungen der Kälteführungskanäle endseitig am Rohrprofil im wesentlichen in einer Ebene liegen. Hiernach kann es zum einen vorgesehen sein, die Öffnungen einer Gruppe von Kanälen im wesentlichen in einer Ebene anzuordnen. Alternativ oder zusätzlich können auch die Öffnungen der zweiten Art von Kanälen in einer (anderen) Ebene angeordnet sein. Besonders bevorzugt ist es, die Öffnungen beider Arten von Kanäle in einer Ebene vorzusehen, wobei in dieser Ausgestaltung beispielsweise die Öffnungen einer Art von Kanälen an einer Innenseite des Rohrprofils und die Öffnungen der anderen Art von Kanälen an einer Außenseite des Rohrprofils vorgesehen sein können.

Nach einem weiteren, vorteilhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die Trennwände zwischen Wärmeführungskanälen und Kälteführungskanälen zumindest an einer Seite, vorteilhafterweise beidseitig zur Vergrößerung der Wärmetauscherfläche mit Profilierungen, insbesondere Rippen versehen. Derartige Rippen oder Profilierungen vergrößern den Wärmeübertragungsfluss und können bei Ausbildung des Rohrprofils als Strangpressprofil ohne größeren herstellungstechnischen Aufwand mit ausgebildet werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind die Wärmeführungskanäle und die Kälteführungskanäle um einen längs des Wärmetauscherelements verlaufenden zentralen Kanal herum angeordnet.

In einer konkreten, bevorzugten Ausgestaltung steht der zentrale Kanal endseitig über Öffnungen mit den Wärmeführungskanälen oder den Kälteführungskanälen in Fluidverbindung und ist zur Mitte des Rohrprofils hin über ein Dichtelement verschlossen. Das Dichtelement soll bewirken, dass das Fluid auch vom zentralen Kanal durch die vorgesehenen Wärmeführungskanäle oder Kälteführungskanäle strömen muss und nicht durch den zentralen Kanal von einem Ende des Wärmetauscherelements zum anderen Ende des Wärmetauscherelements gelangen kann.

Nach einem weiteren bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das Wärmetauscherelement mindestens jeweils zwei Wärmeführungskanäle und Kälteführungskanäle auf. Die Unterteilung des Rohrprofils in eine Mehrzahl von Segmenten erscheint sinnvoll, da dadurch die Wandflächen und damit die gesamte Wärmeübertragungsrate erhöht werden kann.

In einer ersten konkreten Ausgestaltung können die Wärmeführungskanäle und/oder die Kälteführungskanäle, senkrecht zu ihrer Längserstreckung, einen im wesentlichen kreissegmentförmigen Querschnitt aufweisen. Alternativ hierzu können die Trennwände zwischen den Wärmeführungskanälen und/oder Kälteführungskanälen aber auch zur Vergrößerung der Wärmetauscherfläche einen gekrümmten oder geknickten Verlauf aufweisen.

In einer konkreten Ausgestaltung können die Trennwände im Querschnitt zur Längserstreckung des Wärmetauscherelements einen spiralarmartigen Verlauf aufweisen.

Um eine für die Wärmeübertragungsrate günstige Verwirbelung in den Wärmeführungs- bzw. Kälteführungskanälen zu erzeugen und/oder um die effektive Länge der Wärmeführungskanäle bzw. Kälteführungskanäle zu verlängern kann das Profil in axialer Richtung schraubenförmig gedreht ausgebildet sein, d. h. die Wärmeführungskanäle bzw. Kälteführungskanäle winden sich schraubenartig um eine zentrale Achse.

Nach einem weiteren unabhängigen Grundgedanken der vorliegenden Erfindung wird auch ein Wärmetauscherelement für flüssige oder gasförmige Medien vorgeschlagen, das insbesondere in einem erfindungsgemäßen Kältetrockner eingesetzt werden kann. Das hier beschriebene Wärmetauscherelement ist jedoch keinesfalls auf den Einsatzfall "Kältetrockner beschränkt" sondern kann auch bei jedem anderen erdenklichen Einsatzbereich Verwendung finden.

Das Wärmetauscherelement ist nach einem ersten unabhängigen Aspekt der vorliegenden Erfindung dabei als vorzugsweise langgestrecktes Rohrprofil ausgebildet und umfasst mehrere sich entlang des Rohrprofils erstreckende Wärmeführungskanäle und Kälteführungskanäle. Die Wärme- und Kälteführungskanäle sind dabei einander benachbart, jedoch alternierend angeordnet, wobei die Wärmeführungskanäle und die Kälteführungskanäle durch integral mit dem Rohrprofil ausgebildete Trennwände voneinander getrennt sind. Ein besonderes Merkmal dieser Ausgestaltung besteht darin, dass die Außenwandungen der Wärmeführungskanäle oder der Kälteführungskanäle gegenüber den Außenwandungen der Kälteführungskanäle oder der Wärmeführungskanäle zumindest an einer Außenseite oder Innenseite im Querschnitt vorstehend ausgebildet sind.

Dies ermöglicht insbesondere ein einfaches und reproduzierbares Ausbilden von Öffnungen an den vorstehenden Wärmeführungskanälen oder Kälteführungskanälen. Dies kann nach einem bevorzugten Aspekt der Erfindung durch Materialabtragen erfolgen, wobei bei einer kreisförmigen Ausgestaltung des Querschnitts des Rohrprofils ein bereichsweises Abdrehen der Öffnungen vorgenommen werden kann. In einer anderen Grundform, insbesondere einer im Wesentlichen ebenen Grundform könnte ein derartiges Materialabtragen auch durch Abfräsen oder Abschleifen bewirkt werden. Öffnungen lassen sich natürlich auch durch Einbringung von Bohrungen, etc. erzeugen.

Nach einem weiteren unabhängigen Aspekt der vorliegenden Erfindung können - dies auch unabhängig von der im Querschnitt vorstehenden Ausbildung der Außenwandungen der Wärmeführungskanäle oder der Kälteführungskanäle - bei einem Wärmetauscherelement, der vorzugsweise als langgestrecktes Rohrprofil ausgebildet ist und mehrere sich entlang des Rohrprofils erstreckende Wärmeführungskanäle und Kälteführungskanäle umfasst, wobei die Wärmeführungskanäle und die Kälteführungskanäle einander benachbart, jedoch alternierend angeordnet sind, wobei die Wärmeführungskanäle und die Kälteführungskanäle durch integral mit dem Rohrprofil ausgebildete Trennwände voneinander getrennt sind, die Wärmeführungskanäle und die Kälteführungskanäle quer zur Längserstreckung des Rohrprofils endseitig durch Öffnungen geöffnet sein, derart, dass Zu- bzw. Abströmung zu den Wärmeführungskanälen und Kälteführungskanälen quer zur Längserstrekkung des Rohrprofils erfolgt, wobei ferner Öffnungen der Wärmeführungskanäle gegenüber den Öffnungen der Kälteführungskanäle in Längserstrekkung des Rohrprofils versetzt angeordnet sind. Auch in dieser Ausgestaltung ist eine zweckmäßige Anschlussmöglichkeit des Wärmetauscherelementes gegeben.

Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.

Hierbei zeigen:

Fig. 1: den prinzipiellen Aufbau eines an sich bekannten Kältetrockners;
Fig. 2: eine Ausführungsform einer Vor- und einer Haupt-Wärmetauschersektion eines Kältetrockners nach der Erfindung;
Fig. 3: eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Anschlussprofils eines Kältetrockners nach der Erfindung;
Fig. 4: einen Querschnitt des Anschlussprofils nach Fig. 3;
Fig. 5: eine perspektivische Ansicht des Anschlussprofils nach Fig. 3 zur Veranschaulichung seiner den Wärmetauscherelementen abgewandten Seite;
Fig. 6: einen Querschnitt einer Ausführungsform eines Wärmetauscherelements des erfindungsgemäßen Kältetrockners;
Fig. 7: eine perspektivische Ansicht des Wärmetauscherelements nach Fig. 6;
Fig. 8: ein beidseitig in Anschlussprofilen gehaltertes Wärmetauscherelement nach Fig. 7;
Fig. 9: einen Querschnitt einer Verbindungsstelle von Anschlussprofil und Wärmetauscherelement nach Fig. 8;
Fig. 10: eine perspektivische Ansicht der Verbindungsstelle von Anschlussprofil und Wärmetauscherelement nach Fig. 9;
Fig. 11: eine perspektivische Ansicht einer Verbindungsstelle von Anschlussprofil und Fluidleitung;
Fig. 12: eine abgewandelte Ausführungsform eines Wärmetauscherelements;
Fig. 13: einen Querschnitt eines Wärmetauscherelements mit geneigten Trennwänden;
Fig. 14: einen Querschnitt eines Wärmetauscherelements mit gekrümmten Trennwänden;
Fig. 15: einen Querschnitt eines weiteren Wärmetauscherelements mit gekrümmten Trennwänden;
Fig. 16: einen Querschnitt eines weiteren Wärmetauscherelements mit gekrümmten Trennwänden;
Fig. 17: einen Querschnitt eines Wärmetauscherelements mit geknickten Trennwänden ;
Fig. 18: ein Wärmetauscherelement mit ovalem Querschnitt;
Fig. 19: ein Wärmetauscherelement mit rechteckigem Querschnitt;
Fig. 20: ein Wärmetauscherelement mit dreieckigem Querschnitt;
Fig. 21: eine weitere abgewandelte Ausführungsform eines Wärmetauscherelements;
Fig. 22: eine nochmals abgewandelte Ausführungsform des Wärmetauscherelements nach Fig. 21.
Fig. 23: eine weitere abgewandelte Ausführungsform eines Wärmetauscherelements;
Fig. 24: eine weitere Ausführungsform einer Vor- und einer Haupt-Wärmetauschersektion eines Kältetrockners nach der Erfindung;

Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines an sich bekannten Kältetrockners. Der Kältetrockner umfasst eine Vor-Wärmetauschersektion 11 und eine Haupt-Wärmetauschersektion 12 sowie einen Kondensatabscheider 40 und einen Kältefluidkreislauf 42.

Das gasförmige Arbeitsfluid wird über einen Arbeitsfluideintritt 38 zunächst in die Vor-Wärmetauschersektion 11 geführt. In der Vor-Wärmetauschersektion 11 erfolgt eine erste Abkühlung des Arbeitsfluids durch das bereits gekühlte und getrocknete Arbeitsfluid aus der Haupt-Wärmetauschersektion 12. Das vorgekühlte Arbeitsfluid gelangt anschließend in die Haupt-Wärmetauschersektion 12, in der es noch weiter abgekühlt wird, vorzugsweise unter den Taupunkt der mitgeführten Feuchte, sodass die Feuchte im Arbeitsfluid zumindest teilweise auskondensiert. Das Kondensat wird nach dem Austritt aus der Haupt-Wärmetauschersektion 12 am Kondensatabscheider 40 abgeschieden und dem Kondensatablass 41 zugeführt. Das gekühlte und getrocknete Arbeitsfluid gelangt in die Vor-Wärmetauschersektion 11, wo es als Kältefluid für das ungekühlte und feuchte Arbeitsfluid eingesetzt wird. Das gekühlte und getrocknete Arbeitsfluid wird dabei wieder auf eine vorbestimmte gewünschte Ausgangstemperatur erwärmt und verlässt anschließend den Kältetrockner über einen Arbeitsfluidaustritt 39.

In der Haupt-Wärmetauschersektion 12 kann sowohl ein flüssiges als auch ein gasförmiges Kältefluid eingesetzt werden. Das Kältefluid wird über einen Kältefluideintritt 43 in die Haupt-Wärmetauschersektion 12 geführt, wo es das vorgekühlte Arbeitsfluid kühlt und sich dabei gleichzeitig erwärmt. Nach Verlassen der Haupt-Wärmetauschersektion 12 über einen Kältfluidaustritt 44 wird das Kältefluid in den Kältefluidkreislauf 42 geführt.

Fig. 2 stellt eine zweckmäßige Ausführungsform der Vor-Wärmetauschersektion 11 und der Haupt-Wärmetauschersektion 12 eines Kältetrockners nach der Erfindung dar, der im übrigen gemäß Fig. 1 aufgebaut sein kann. Die ― im vorliegenden Fall langgestreckten - Wärmetauscherelemente 13, 14 der Vor-Wärmetauschersektion 11 und der Haupt-Wärmetauschersektion 12 sind an beiden Enden jeweils in einem Anschlussprofil 15, 16, 52, 53 fluiddicht gehaltert und angeschlossen. Obwohl die Wärmetauscherelemente 13, 14 in den hier gezeigten Ausführungsbeispielen langgestreckt ausgebildet sind, ist es auch denkbar, das gesamte Wärmetauscherrohr jeweils spiralförmig aufzuwickeln. Der Vorteil dabei besteht darin, dass sich ein kleinerer Bauraum für das Wärmetauscherrohr ergibt. Seine Funktionstüchtigkeit bleibt bei der spiralförmigen Aufwicklung im wesentlichen unbeeinflusst. Die spiralförmige Anordnung von Wärmetauscherrohren ist allerdings bereits gängige Praxis, so dass ein Fachmann die Gedanken der vorliegenden Erfindung auch auf eine derartige Ausbildung von Wärmetauscherrohren übertragen kann. In der vorliegenden Ausführungsform sind die an den Enden der Wärmetauscherelemente 13, 14 der Vor-Wärmetauschersektion 11 und der Haupt-Wärmetauschersektion 12 befindlichen Anschlussprofile 15, 16, 52, 53 parallel und paarweise in ihrer Längserstreckung aneinander angrenzend angeordnet. Dabei sind die Anschlussprofile 15, 16, 52, 53 an der angrenzend Seite abgeflacht. Die Anschlussprofile 16 und 53 bzw. 15 und 52 können dann auch miteinander verbunden werden, beispielsweise durch Verschrauben. Öffnungen (in Fig. 2 nicht gezeigt) in der aneinander angrenzenden Seite der Anschlussprofile 15 und 52 bzw. 16 und 53, beispielsweise durch Bohrungen erzeugt, können dann ermöglichen, dass das Arbeitsfluid von der Vor-Wärmetauschersektion 11 in die Haupt-Wärmetauschersektion 12 gelangt und umgekehrt.

Die Anschlussprofile 15, 16, 52, 53 sind an beiden Enden mit Endplatten 54 verschlossen. Die Endplatten 54 sind mit den Anschlussprofilen 15, 16, 52, 53 verschraubt und mit einer Dichtung (in Fig. 2 nicht gezeigt) abgedichtet. Die Anschlussprofile 15, 16, 52, 53 sind mit starren Verspannungselementen 19, 20 in Form von durch die Wärmetauscherelemente geführten Stangen miteinander verspannt.

Über die Anschlussprofile 15, 16 der Vor-Wärmetauschersektion 11 erfolgt die Zu- und Abführung des ungekühlten bzw. vorgekühlten sowie des getrockneten Arbeitsfluids zu bzw. von den Wärmetauscherelementen 13 sowie die Verteilung des ungekühlten sowie des getrockneten Arbeitsfluids auf die Wärmetauscherelemente 13.

Über die Anschlussprofile 52, 53 der Haupt-Wärmetauschersektion 12 erfolgt die Zu- und Abführung des vorgekühlten bzw. des gekühlten Arbeitsfluids zu bzw. von den Wärmetauscherelementen 14 sowie die Verteilung des vorgekühlten Arbeitsfluids auf die Wärmetauscherelemente 14. Das Kältefluid kann ebenfalls über die Anschlussprofile 52, 53 zu bzw. von den Wärmetauscherelementen 14 zu- bzw. abgeführt werden. In der vorliegenden Ausführungsform wird das Kältefluid jedoch über den Kältefluideintritt 43 direkt auf die Wärmetauscherelemente 14 geführt und verlässt diese direkt über den Kältefluidaustritt 44. Kältefluideintritt 43 und Kältefluidaustritt 44, können beispielsweise als orthogonal zur Längsachse der Anschlussprofile 52, 53 verlaufender Kanal gebildet sein, der das Kältefluid durch die Anschlussprofile 52, 53 auf die Wärmetauscherelemente 14 führt.

Das Arbeitsfluid tritt am Arbeitsfluideintritt 38 mit einer Temperatur von beispielsweise 35 °C in die Vor-Wärmetauschersektion 11 ein und wird über das Anschlussprofil 16 auf die in der vorliegenden Ausführungsform parallel angeordneten und geschalteten Wärmetauscherelemente 13 geführt. Dort wird es im Gegenstrom am bereits gekühlten und getrockneten Arbeitsfluid vorbeigeführt und abgekühlt. Das bereits gekühlte und getrocknete Arbeitsfluid erwärmt sich dabei von 4 °C auf 27 °C und verlässt die Vor-Wärmetauschersektion 11 über das Anschlussprofil 16 und den Arbeitsfluidaustritt 39. Das vorgekühlte Arbeitsfluid aus der Vor-Wärmetauschersektion 11 wird nun über das Anschlussprofil 15 in das Anschlussprofil 52 geführt und von dort auf die sowohl anschlusstechnisch als auch geometrisch parallel angeordneten Wärmetauscherelemente 14 der Haupt-Wärmetauschersektion 12 verteilt. In den Wärmetauscherelementen 14 wird das vorgekühlte Arbeitsfluid im Gleichstrom am Kältefluid vorbeigeführt, das über den Kältefluideintritt 43 in die Wärmetauscherelemente 14 gelangt. Das vorgekühlte Arbeitsfluid wird in der Haupt-Wärmetauschersektion 12 auf 3 °C abgekühlt, wobei die mitgeführte Feuchte zu einem großen Teil auskondensiert. Gekühltes Arbeitsfluid und Kondensat verlassen die Haupt-Wärmetauschersektion 12 über das Anschlussprofil 53 zum Kondensatabscheider 40. Das gekühlte und getrocknete Arbeitsfluid, das eine Temperatur von 4 °C aufweist, wird anschließend über das Anschlussprofil 15 auf die Wärmetauscherelemente 13 der Vor-Wärmetauschersektion 11 geführt. Das Kältefluid verlässt die Haupt-Wärmetauschersektion 12 über den Kältefluidaustritt 44.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform eines Anschlussprofils des Kältetrockners in perspektivischer Ansicht. Das Anschlussprofil ist einstückig ausgebildet und umfasst zwei Fluidführungskammern 17, 18 zur Führung des Arbeitsfluids sowie gegebenenfalls auch des Kältefluids.

Das Anschlussprofil weist an der den Wärmetauscherelementen 13, 14 zugewandten Seite mehrere Öffnungen 45 zum Einsetzen bzw. Durchführen von Wärmetauscherelementen 13, 14 und eine Öffnung 46 zum Anschluss einer Fluidleitung (in Fig. 3 nicht gezeigt) auf. Gewindebohrungen 55 an der Stirnseite des Anschlussprofils dienen dazu das Anschlussprofil mit der Endplatte 54 zu verschrauben und damit nach außen abzudichten. In der Endplatte 54 sind hierfür Bohrungen 56 vorgesehen.

Die Fluidführungskammern 17, 18 sind durch eine Zwischenwand 47 voneinander getrennt, die Öffnungen 48 aufweist, in die die Wärmetauscherelemente 13, 14 eingesetzt bzw. angelegt und durch die die Verspannungselemente 19, 20 in Form von Stangen durchgeführt werden können (Fig. 4).

Fig. 5 zeigt eine perspektivische Ansicht der den Wärmetauscherelementen 13, 14 abgewandten Seite des Anschlussprofils nach Fig. 3. Auf dieser Seite weist des Anschlussprofil mehrere Öffnungen 49 zum Durchführen der Verspannungselemente 19, 20 sowie eine weitere Öffnung 50 zum Anschluss einer Fluidleitung (in Fig. 5 nicht gezeigt) auf. Wird das Anschlussprofil beispielsweise an einer oder an den beiden geschlossenen Längsseiten abgeflacht, so dass sich ein rechteckiger Querschnitt ergibt, lassen sich mehrere solcher Anschlussprofile sehr platzsparend an der geschlossenen Längsseite aneinander angrenzend anordnen. Die Fluidführungskanäle der aneinander angrenzenden Anschlussprofile können dann durch Öffnungen miteinander verbunden sein (in Fig. 5 nicht gezeigt).

Fig. 6 stellt einen Querschnitt eines Wärmetauscherelements des erfindungsgemäßen Kälttrockners dar. Im Wärmetauscherelement sind Wärmeführungskanäle 21 und Kälteführungskanäle 22 einander benachbart und alternierend angeordnet und durch Trennwände 27 voneinander abgegrenzt. Die alternierend angeordneten Wärmeführungskanäle 21 und Kälteführungskanäle 22 bilden einen geschlossenen Ring um eine zentrale Achse, in der vorliegenden Ausführungsform ein zentraler Kanal 29. Konkret definiert die alternierende Abfolge von Wärmeführungskanälen und Kälteführungskanälen eine konzentrisch symmetrische Anordnung um die zentrale Achse bzw. den zentralen Kanal 29 des hier kreisförmigen Wärmetauscherelements. Der geschlossenen Ring aus Wärmeführungskanälen 21 und Kälteführungskanälen 22 weist eine Außenseite 23 und einer Innenseite 24 auf. Für einen verbesserten Wärmeübergang durch eine vergrößerte Wärmetauscherfläche sind in der vorliegenden Ausführungsform die Kälteführungskanäle 22 mit Rippen 28 versehen. Für eine vergrößerte Wärmetauscherfläche können auch ausschließlich die Wärmeführungskanäle 21 oder beide Fluidkanäle mit Profilierungen bzw. Rippen ausgebildet sein (in Fig. 6 nicht gezeigt).

Die Wärmeführungskanäle 21 sind zur Innenseite 24 hin im Querschnitt vorstehend ausgebildet und die Kälteführungskanäle 22 sind zur Außenseite 23 hin im Querschnitt vorstehend ausgebildet. In einer weiteren Ausführungsform ist auch eine umgekehrt vorstehende Anordnung der Wärmeführungskanäle 21 und Kälteführungskanäle 22 im Querschnitt oder eine Anordnung der Fluidkanäle auf gleicher Höhe im Querschnitt möglich (in Fig. 6 nicht gezeigt).

Durch bereichsweises Abdrehen der Wandungen an der Außenseite 23 und an der Innenseite 24 des hier langgestreckten Rohprofils entstehen Öffnungen 25, 26 durch die das Arbeitsfluid und gegebenenfalls das Kältefluid in das Wärmetauscherelement 13, 14 ein- bzw. ausströmen kann (Fig. 7). Die Wärmeführungskanäle 21 weisen in der vorliegenden Ausführungsform endseitig Öffnungen 26 zur Innenseite 24 des Wärmetauscherelements 13, 14 auf. Die Kälteführungskanäle 22 besitzen endseitige Öffnungen 25 zur Außenseite 23 des Wärmetauscherelements 13. Es ist ebenfalls möglich, dass die Kälteführungskanäle 22 zur Innenseite 24 hin und die Wärmeführungskanäle 21 zur Außenseite 23 hin geöffnet sind (in Fig 7 nicht gezeigt) oder dass die Öffnungen beider Kanäle zur gleichen Seite, innen oder außen, hin führen, aber in unterschiedlichen Ebenen quer zur Längserstreckung der Wärmetauscherelemente 13, 14 angeordnet sind (in Fig 7 nicht gezeigt).

Das Wärmetauscherelement 13 ist im Kältetrockner beidseitig in Anschlussprofilen 15, 16 gehaltert und angeschlossen (Fig. 8). Fig. 9 zeigt den Querschnitt einer Verbindungsstelle des Anschlussprofils 16 mit dem Wärmetauscherelement 13 nach Fig. 8. Das Wärmetauscherelement 13 ist durch die Öffnung 45 im Anschlussprofil 16 durchgeführt und an die Öffnung 48 angelegt. Die Wärmeführungskanäle 21 und die Kälteführungskanäle 22 sind an der Stirnseite des Wärmetauscherelements 13 gegen den Fluidkanal 17 mit einer Dichtung 30 abgedichtet. Der zentrale Kanal 29 steht mit den Wärmeführungskanälen 21 oder den Kälteführungskanälen 22 in Fluidverbindung und ist zur Mitte des Rohrprofils hin über ein ringförmiges Dichtelement 34 mit einem Dichtungsring 35 verschlossen. Das Fluid ist so gezwungen vom zentralen Kanal 29 durch die vorgesehenen Wärmeführungskanäle 21 oder Kälteführungskanäle 22 zu strömen. Ein Dichtungsring 33 in der Öffnung 45 des Anschlussprofils 16 dichtet die Fluidkammer 18 nach außen ab. Das Verspannungselement 19 führt durch das ringförmige Dichtelement 34, den zentralen Kanal 29, die Öffnung 48, die Fluidkammer 17 und die Öffnung 49, in der es mit einem Spannelement 31 befestigt ist. Ein weiterer Dichtungsring 32 am Spannelement 31 dichtet die Fluidkammer 17 nach außen ab. Über den Fluidkanal 18 kann das Arbeitsfluid oder gegebenenfalls das Kältefluid durch die Öffnungen 25, 26 in die Kälteführungskanäle 22 oder Wärmeführungskanäle 21 ein- bzw. ausströmen. Über den Fluidkanal 17 und den zentralen Kanal 29 kann das Arbeitsfluid und gegebenenfalls das Kältefluid durch die Öffnungen 26, 25 in die Wärmeführungskanäle 21 oder Kälteführungskanäle 22 ein- bzw. austreten. Fig. 10 veranschaulicht die Verbindungsstelle des Anschlussprofils 16 mit dem Wärmetauscherelement 13 in einer perspektivischen Ansicht.

Die Zu- und Abführung des Arbeitsfluids und gegebenenfalls des Kältefluids zum bzw. vom Anschlussprofil 16 erfolgt über Fluidleitungen 36, 37 (Fig. 11). Die Fluidleitung 36 ist in der Öffnung 46 der Fluidkammer 18 angebracht. Die Fluidleitung 37 ist über die Öffnung 50 mit der Fluidkammer 17 verbunden.

In einer abgewandelten Ausführungsform des Wärmetauscherelements 13 können die Öffnungen 25, 26 der Wärmeführungskanäle 21 und der Kälteführungskanäle 22 auch gemeinsam an einer Seite des Wärmetauscherelementes 13 angebracht sein, beispielsweise an der Außenseite 23 (Fig. 12). Die Öffnungen 25 sind dann entlang der Längsachse des Wärmetauscherelements 13 in einer anderen Ebene angeordnet als die Öffnungen 26 und werden zum Beispiel durch Einbringen von Bohrungen erzeugt.

In einer weiteren abgewandelten Ausführungsform können die Trennwände 27 zwischen den Wärmeführungskanälen 21 und den Kälteführungskanälen 22 auch einen geneigten Verlauf aufweisen (Fig. 13). Dadurch wird die zum Wärmeübergang zur Verfügung stehende Oberfläche vergrößert, sodass ein verbesserter Wärmeaustausch stattfinden kann. Außerdem können durch diese Ausführungsform der Wärmetauscherelemente Turbulenzen bzw. Verwirbelungen im Strömungsprofil erzeugt werden, wodurch eine sehr effektive Wärmeübertragung erreicht wird. Sind die Wärmeführungskanäle 21 und die Kälteführungskanäle 22 im Profil in axialer Richtung schraubenförmig gedreht ausgebildet (in Fig. 13 nicht gezeigt), treten die Verwirbelungen in verstärkter Form auf, wodurch auch die Effizienz der Wärmeübertragung nochmals erhöht werden kann. Zur Vergrößerung der Wärmetauscherflächen und zur Erzeugung von Verwirbelungen im Strömungsprofil können die Trennwände 27 zwischen den Wärmeführungskanälen 21 und den Kälteführungskanälen 22 auch einen gekrümmten oder geknickten Verlauf aufweisen (Fig. 14 bis Fig. 17). Je stärker die Krümmung ausgeprägt ist, desto größer wird die zur Wärmeübertragung nutzbare Oberfläche. Die Stärke der Krümmung nimmt auch Einfluss auf den Grad der Verwirbelungen. Im Fall eines zweifach gekrümmten Verlaufes (Fig. 16) oder eines geknickten Verlaufes (Fig. 17) werden besonders starke Verwirbelungen für einen effektiven Wärmeübergang erzeugt. Mit einem zweifach gekrümmten Verlauf der Trennwände 27 (Fig. 16) lässt sich zudem eine sehr große Wärmeübertragungsfläche erzeugen.

Des Weiteren ist es möglich, dass die Wärmetauscherelemente einen ovalen (Fig. 18), rechteckigen (Fig. 19) oder dreieckigen Querschnitt (Fig. 20) aufweisen, in dem die Wärmeführungskanäle 21 und Kälteführungskanäle 22 alternierend nebeneinander angeordnet sind. Die unterschiedlichen Querschnitte ermöglichen beispielsweise eine optimale Anpassung der Wärmetauscher auf unterschiedliche Platzverhältnisse. Des Weiteren können in den verschiedenen Querschnitten je nach Ausführungsform der Trennwände 27 sehr unterschiedliche Strömungsprofile erzeugt werden, wodurch sich die Wärmetauscher an unterschiedlichste Anforderungen anpassen lassen.

In einer weiteren Ausführungsform der Wärmetauscherelemente sind die Wärmeführungskanäle 21 und Kälteführungskanäle 22 alternierend in einem geschlossenen Ring um eine zentrale Achse a angeordnet (Fig. 23), der eine Außenseite 23 aufweist. Die Zuführung des Arbeitsfluides und des Kältefluides kann von der Stirnseite des Wärmetauscherelements oder von der Außenseite 23 erfolgen. Die Wärmeführungskanäle 21 und die Kälteführungskanäle 22 können im Querschnitt vorstehend ausgebildet sein. Öffnungen 25, 26 können in verschiedenen Ebenen quer zur Längserstreckung der Wärmetauscherelemente durch Abschleifen oder Abfräsen sowie durch Bohrungen erzeugt werden.

Eine besondere Ausführungsform der Wärmetauscherelemente zeigt Fig. 21. Die rechteckigen Wärmeführungskanäle 21 und Kälteführungskanäle 22 sind alternierend in einem Rechteckprofil angeordnet. Da die Wärmeführungskanäle 22 und Kälteführungskanäle 22 im Querschnitt nach oben und nach unten vorstehend ausgebildet sind, können durch bereichsweise Abschleifen oder Abfräsen der Außenwand 51 oder durch Bohrungen Öffnungen 25, 26 erzeugt werden. Sind die Wärmeführungskanäle 21 und die Kälteführungskanäle 22 im Querschnitt nicht vorstehend ausgebildet, lassen sich die Öffnungen 25, 26 ebenfalls durch Einbringen von Bohrungen in die Außenwand 51 erzeugen (Fig. 22).

Fig. 24 stellt eine weitere Ausführungsform einer Vor-Wärmetauschersektion 11 und einer Haupt-Wärmetauschersektion 12 eines Kältetrockners nach der Erfindung dar. Die Wärmetauscherelemente 13, 14 der Vor-Wärmetauschersektion 11 und der Haupt-Wärmetauschersektion 12 sind in der vorliegenden Ausführungsform parallel in einer Reihe angeordnet. Die Wärmetauscherelemente 13, 14 sind an einer Seite endseitig in einem gemeinsamen, einstükkigen Anschlussprofil 52 gehaltert. Auf der gegenüberliegende Seite sind die Wärmetauscherelemente 13 der Vor-Wärmetauschersektion 11 endseitig im Anschlussprofil 15 und die Wärmetauscherelemente 14 der Haupt-Wärmetauschersektion 12 endseitig im Anschlussprofil 16 gehaltert. Die Anschlussprofile 15, 16, 52 sind an den Stirnseiten jeweils mit Endplatten 54 verschlossen.

Über das Anschlussprofil 15 der Vor-Wärmetauschersektion 11 erfolgt die Zu- und Abführung des ungekühlten bzw. getrockneten Arbeitsfluids zu bzw. von den Wärmetauscherelementen 13 sowie die Verteilung des ungekühlten Arbeitsfluids auf die Wärmetauscherelemente 13.

Über das gemeinsame Anschlussprofile 52 der Vor-Wärmetauschersektion 11 und der Haupt-Wärmetauschersektion 12 erfolgt die Zu- und Abführung des vorgekühlten bzw. getrockneten Arbeitsfluids zu bzw. von den Wärmetauscherelementen 13, 14 sowie die Verteilung des vorgekühlten bzw. des getrockneten Arbeitsfluids auf die Wärmetauscherelemente 13, 14.

Über das Anschlussprofile 16 der Haupt-Wärmetauschersektion 12 erfolgt die Abführung des gekühlten Arbeitsfluids von den Wärmetauscherelementen 14. In der vorliegenden Ausführungsform wird das Kältefluid über den Kältefluideintritt 43 direkt auf die Wärmetauscherelemente 14 geführt und verlässt diese direkt über den Kältefluidaustritt 44. Kältefluideintritt 43 und Kältefluidaustritt 44 sind orthogonal zur Längsachse des Anschlussprofils 52 angeordnet und durchströmt.

Das Arbeitsfluid tritt am Arbeitsfluideintritt 38 in die Vor-Wärmetauschersektion 11 ein und wird über das Anschlussprofil 15 auf die in der vorliegenden Ausführungsform parallel angeordneten und geschalteten Wärmetauscherelemente 13 geführt. Dort wird es im Gegenstrom am bereits gekühlten und getrockneten Arbeitsfluid vorbeigeführt und abgekühlt. Das bereits gekühlte und getrocknete Arbeitsfluid erwärmt sich dabei und verlässt die Vor-Wärmetauschersektion 11 über das Anschlussprofil 15 und den Arbeitsfluidaustritt 39. Das vorgekühlte Arbeitsfluid aus der Vor-Wärmetauschersektion 11 wird nun über das gemeinsame Anschlussprofil 52 in die parallel angeordneten Wärmetauscherelemente 14 der Haupt-Wärmetauschersektion 12 geführt. In den Wärmetauscherelementen 14 wird das vorgekühlte Arbeitsfluid im Gleichstrom an dem Kältefluid vorbeigeführt, das über den Kältefluideintritt 43 in die Wärmetauscherelemente 14 gelangt. Das vorgekühlte Arbeitsfluid wird in der Haupt-Wärmetauschersektion 12 abgekühlt, wobei die mitgeführte Feuchtigkeit zu einem großen Teil auskondensiert. Gekühltes Arbeitsfluid und Kondensat verlassen die Haupt-Wärmetauschersektion 12 über das Anschlussprofil 16 zum Kondensatabscheider 40. Das gekühlte und getrocknete Arbeitsfluid, wird anschließend über das Anschlussprofil 52 auf die parallel angeordneten Wärmetauscherelemente 13 der Vor-Wärmetauschersektion 11 geführt. Das Kältefluid verlässt die Haupt-Wärmetauschersektion 12 über den Kältefluidaustritt 44.

Der Vorteil dieser Ausführungsform der Vor-Wärmetauschersektion 11 und der Haupt-Wärmetauschersektion 12 ist die platzsparende Anordnung, für sehr beengte Platzverhältnisse, für den Fall, dass nur wenige parallel geschaltete Wärmetauscherelemente 13, 14 in der Vor-Wärmetauschersektion 11 und der Haupt-Wärmetauschersektion 12 benötigt werden.

Der erfindungsgemäße Kältetrockner bzw. das erfindungsgemäße Wärmetauscherelement erzielt nach dem Grundgedanken der Erfindung bzw. in verschiedenen vorzugsweisen Ausgestaltungen insbesondere die folgenden Vorteile. Es wird ein modularer Aufbau der Gesamtanordnung mit der Möglichkeit zur einfachen Kapazitätsanpassung durch Länge und/oder Anzahl der Tauscherrohre erzielt. Darüber hinaus können wenige, teils identische Bauteile für verschiedene Teilaufgaben eingesetzt werden. Es werden Bauteile mit mehreren Teilfunktionen zu integral gefertigten Bauteilen (Wärmetauscherrohr mit Wärmeführungskanälen und Kälteführungskanälen im Gegensatz zu einzelnen Lamellen oder Profilblechen bei Lamellenblockkühlern) gebündelt. Eine Verbindung der Einzelbauteile ist durch einfache Verbindungstechniken auch lösbar möglich. In einer besonders bevorzugten Ausführung besitzen jeweils die beiden Anschlussprofile und die beiden Wärmetauscherrohre jeweils den selben Profilquerschnitt. Sowohl Vor-Wärmetauschersektion als auch Haupt-Wärmetauschersektion können noch von einer thermischen Speichermasse oder einer zusätzlichen Isolierung umgeben sein.

Bezugszeichenliste

11: Vor-Wärmetauschersektion
12: Haupt-Wärmetauschersektion
13: Wärmetauscherelemente (Vor-Wärmetauschersektion)
14: Wärmetauscherelemente (Haupt-Wärmetauschersektion)
15, 16: Anschlussprofil
17, 18: Fluidführungskammer
19, 20: Verspannungselemente, Stangen
21: Wärmeführungskanäle
22: Kälteführungskanäle
23: Außenseite (Wärmetauscherelement)
24: Innenseite (Wärmetauscherelement)
25: Öffnungen (Kälteführungskanäle)
26: Öffnungen (Wärmeführungskanäle)
27: Trennwände
28: Profilierungen, Rippen
29: zentraler Kanal
30: Dichtung
31: Spannelement
32: Dichtungsring
33: Dichtungsring
34: Dichtelement
35: Dichtungsring
36: Fluidleitung
37: Fluidleitung
38: Abeitsfluideintritt
39: Arbeitsfluidaustritt
40: Kondensatabscheider
41: Kondensatablass
42: Kältefluidkreislauf
43: Kältefluideintritt
44: Kältefluidaustritt
45: Öffnungen (für Wärmetauscherelement)
46: Öffnung (für Fluidleitung)
47: Zwischenwand
48: Öffnung (für Wärmetauscherelement)
49: Öffnungen (für Verspannungselement)
50: Öffnung (für Fluidleitung)
51: Außenwand
52, 53: Anschlussprofil
54: Endplatten
55: Gewindebohrungen
56: Bohrungen

Claims

Kältetrockner, insbesondere Druckluftkältetrockner zur Trocknung eines gasförmigen Arbeitsfluids unter Abkühlung des gasförmigen Arbeitsfluids durch Einsatz eines Kältefluids umfassend: eine Vor-Wärmetauschersektion (11) und eine Haupt-Wärmetauschersektion (12), wobei die Vor-Wärmetauschersektion (11) und/oder die Haupt-Wärmetauschersektion (12) wenigstens ein vorzugsweise langgestrecktes Wärmetauscherelement (13, 14) umfasst,

wobei in der Vor-Wärmetauschersektion (11) eine Abkühlung des an den Kältetrockner geführten Arbeitsfluids durch das getrocknete und gekühlte Arbeitsfluid in Gegenstromprinzip erfolgt,

wobei in der Haupt-Wärmetauschsektion (12) eine weitere Abkühlung des vorgekühlten, in den Kältetrockner geführten Arbeitsfluids durch das Kältefluid erfolgt, so dass Feuchtigkeit aus dem Arbeitsfluid auskondensiert,

wobei alle Strömungskanäle (21, 22) der Vor-Wärmetauschersektion (11) und/oder der Haupt-Wärmetauschersektion (12) im wesentlichen durch Hohlkammerprofile mit einer Mehrzahl von Wärmeführungskanälen (21) und/oder von Kälteführungskanälen (22) ausgebildet sind,

wobei das wenigstens eine Wärmetauscherelement (13, 14) der Vor-Wärmetauschersektion (11) und/oder der Haupt-Wärmetauschersektion (12) endseitig in jeweils einem Anschlussprofil (15, 16, 52, 53) fluiddicht gehaltert und angeschlossen ist,

wobei das Wärmetauscherelement als vorzugsweise langgestrecktes Rohrprofil ausgebildet ist und die Wämeführungskanäle (21) und Kälteführungskanäle (22) sich entlang des Rohrprofils erstrecken, und

wobei die Wärmeführungskanäle (21) und die Kälteführungskanäle (22) durch integral mit dem Rohlprofil ausgebildete Trennwände (27) voneinander getrennt sind.
Kältetrockner nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeführungskanäle (21) und die Kälteführungskanäle (22) einander benachbart, jedoch alternierend angeordnet sind.
Kältetrockner nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeführungskanäle (21) und/oder die Kälteführungskanäle (22) quer zur Längserstreckung des Rohrprofils endseitig durch Öffnungen (25, 26) geöffnet sind, derart, dass Zu- bzw. Abströmung zu den Wärmeführungskanälen (21) und/oder Kälteführungskanälen (22) quer zur Längserstreckung des Rohrprofils erfolgt.
Kältetrockner nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussprofil (15, 16, 52, 53) im wesentlichen als Hohlkammerprofil ausgebildet ist.
Kältetrockner nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
das die Anordnung aus Vor-Wärmetauschersektion (11), aus Haupt-Wärmetauschersektion (12) sowie aus endseitig jeweils vorgesehenen Anschlussprofilen (15, 16, 52, 53) aus insgesamt mindestens vier Hohlkammerprofilen gebildet ist.
Kältetrockner nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens vier Hohlkammerprofile in Form zweier unterschiedlicher Typen vorliegen, die sich in ihren Profilquerschnitten unterscheiden.
Kältetrockner nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussprofil (15, 16, 52, 53) einstückig ausgebildet ist.
Kältetrockner nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussprofil (15, 16, 52, 53) mindestens eine, vorzugsweise mindestens zwei Fluidführungskammern (17, 18) umfasst, die durch das Hohlkammerprofil des Anschlussprofils (15, 16, 52, 53) definiert sind.
Kältetrockner nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussprofil (15, 16, 52, 53) zum fluiddichten Anschluss einer Mehrzahl von zueinander beabstandeter Wärmetauscherelemente (13, 14) ausgebildet ist.
Kältetrockner nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass Wärmetauscherelemente (13, 14) der Vor-Wärmetauschersektion (11) und der Haupt-Wärmetauschersektion (12) in einem gemeinsamen Anschlussprofil (15, 16, 52, 53) fluiddicht gehaltert und angeschlossen sind.
Kältetrockner nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrprofil der Wärmetauscherelemente (13, 14) und/oder das Anschlussprofil (15, 16, 52, 53) durch Strangpressen oder Extrudieren gebildet sind.
Kältetrockner nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, dass die beiden endseitig des mindestens einen Wärmetauscherelements (13, 14) vorgesehenen Anschlussprofile (15, 16, 52, 53) über starre Verspannungselemente, die insbesondere als Stangen (19, 20) ausgebildet sind, miteinander verspannt sind.
Kältetrockner nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, dass die Verspannungselemente, insbesondere die Stangen (19, 20) zumindest teilweise durch die Wärmetauscherelemente (13, 14) geführt sind.
Kältetrockner nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine langgestreckte Wärmetauscherelement (13) endseitig jeweils derart in den Anschlussprofilen (15, 16) gehaltert ist, dass die Vorzugsrichtungen der Anschlussprofile zueinander parallel verlaufen und die Wärmetauscherelemente im wesentlichen orthogonal hierzu ausgerichtet sind.
Kältetrockner nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussprofile (15, 16, 52, 53) aus dem gleichen Grundmaterial wie die Wärmetauscherelemente (13, 14), insbesondere aus Aluminium gebildet sind.
Kältetrockner nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (26) der Wärmeführungskanäle (21) und/oder die Öffnungen (25) der Kälteführungskanäle (22) endseitig am Rohrprofil im Wesentlichen in einer Ebene liegen.
Kältetrockner nach einem der Ansprüche 1 bis 16,
dadurch gekennzeichnet, dass die Außenwandungen der Wärmeführungskanäle (21) oder der Kälteführungskanäle (22) gegenüber den Außenwandungen der Kälteführungskanäle (22) oder der Wärmeführungskanäle (21) zumindest an einer Außenseite (24) oder Innenseite (23) im Querschnitt vorstehend ausgebildet sind und
dass das Wärmetauscherelement einen kreisförmigen Querschnitt aufweist und die Öffnungen (25, 26) in die im Querschnitt vorstehend angeordneten Wärmeführungskanäle (21) oder Kälteführungskanäle (22) durch bereichsweises Materialabtragen, insbesondere Abdrehen eingebracht sind.
Kältetrockner nach einem der Ansprüche 1 bis 17,
dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwände (27) zwischen Wärmeführungskanälen (21) und Kälteführungskanälen (22) zumindest an einer Seite, vorteilhafterweise beidseitig zur Vergrößerung der Wärmetauscherfläche mit Profilierungen, insbesondere Rippen (28) versehen sind.
Kältetrockner nach einem der Ansprüche 1 bis 18,
dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeführungskanäle (21) und die Kälteführungskanäle (22) um einen längs des Wärmetauscherelementes verlaufenden zentralen Kanal (29) herum angeordnet sind.
Kältetrockner nach Anspruch 19,
dadurch gekennzeichnet, dass der zentrale Kanal (29) endseitig über die Öffnungen (25, 26) mit den Wärmeführungskanälen (21) oder den Kälteführungskanälen (22) in Fluidverbindung steht und zur Mitte des Rohrprofils hin über ein Dichtelement (34) verschlossen ist.
Kältetrockner nach einem der Ansprüche 1 bis 20,
dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmetauscherelement mindestens einen Wärmeführungskanal (21) oder Kälteführungskanal (22) und gleichzeitig mindestens zwei, vorzugsweise mehr, Kälteführungskanäle (22) oder Wärmeführungskanäle (21) aufweist.
Kältetrockner nach einem der Ansprüche 1 bis 21,
dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeführungskanäle (21) und/oder die Kälteführungskanäle (22) einen im Wesentlichen kreissegmentförmigen Querschnitt aufweisen.
Kältetrockner nach einem der Ansprüche 1 bis 22,
dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwände (27) zur Vergrößerung der Wärmetauscherfläche einen gekrümmten oder geknickten Verlauf aufweisen.
Kältetrockner nach Anspruch 23,
dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwände (27) im Querschnitt zur Längserstreckung des Wärmetauscherelements einen spiralarmartigen Verlauf aufweisen.
Kältetrockner nach Anspruch 11 oder 22,
dadurch gekennzeichnet, dass das Profil einen kreisförmigen Querschnitt aufweist und in axialer Richtung schraubenförmig gedreht (mit einer vorbestimmten Steigung) ausgebildet ist.
Wärmetauscherelement für flüssige oder gasförmige Medien, insbesondere zur Verwendung in einem Kältetrockner nach einem der Ansprüche 1 bis 25, wobei das Wärmetauscherelement als vorzugsweise langgestrecktes Rohrprofil ausgebildet ist und mehrere sich entlang des Rohrprofils erstreckende Wärmeführungskanäle (21) und Kälteführungskanäle (22) umfasst, wobei die Wärmeführungskanäle (21) und die Kälteführungskanäle (22) einander benachbart, jedoch alternierend angeordnet sind, wobei die Wärmeführungskanäle (21) und die Kälteführungskanäle (22) durch integral mit dem Rohrprofil ausgebildete Trennwände (27) voneinander getrennt sind,
dadurch gekennzeichnet, dass die Außenwandungen der Wärmeführungskanäle (21) oder der Kälteführungskanäle (22) gegenüber den Außenwandungen der Kälteführungskanäle (22) oder der Wärmeführungskanäle (21) zumindest an einer Außenseite (24) oder Innenseite (23) im Querschnitt vorstehend ausgebildet sind.
Wärmetauscherelement für flüssige oder gasförmige Medien, insbesondere zur Verwendung in einem Kältetrockner nach einem der Ansprüche 1 bis 26, wobei das Wärmetauscherelement als vorzugsweise langgestrecktes Rohrprofil ausgebildet ist und mehrere sich entlang des Rohrprofils erstreckende Wärmeführungskanäle (21) und Kälteführungskanäle (22) umfasst, wobei die Wärmeführungskanäle (21) und die Kälteführungskanäle (22) einander benachbart, jedoch alternierend angeordnet sind, wobei die Wärmeführungskanäle (21) und die Kälteführungskanäle (22) durch integral mit dem Rohrprofil ausgebildete Trennwände (27) voneinander getrennt sind,
dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeführungskanäle (21) und die Kälteführungskanäle (22) quer zur Längserstreckung des Rohrprofils endseitig durch Öffnungen (25, 26) geöffnet sind, derart, dass Zu- bzw. Abströmung zu den Wärmeführungskanälen (21) und Kälteführungskanälen (22) quer zur Längserstreckung des Rohrprofils erfolgt, wobei ferner die Öffnungen (26) der Wärmeführungskanäle (21) gegenüber den Öffnungen (25) der Kälteführungskanäle (22) in Längserstreckung des Rohrprofils versetzt angeordnet sind.